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NH3와 NO2 센서로서 B- 또는 N-도프 SWCNT의 계산연구

전문가 제언: ○ 탄소나노튜브(CNT)는 유독성가스들과 NH3, NO2, O2 등의 화학종들을 검출하기 위하여 화학센서로서 제안되었다. 낮은 농도일지라도 가스의 화학흡착은 가스와 튜브 사이에서 전하이동에 의하여 CNT의 전기전도도를 변화시킬 수 있기 때문에 화학센서로서 응용이 가능하다.

○ 성장 그대로의 CNT에 공존하는 금속성과 반도체성 CNT들의 분리법에 관한 최근 진전은 전계방출 디스플레이, 가스센서 등에 CNT의 응용을 더욱 촉진시켰다. NH3의 경우에 CNT는 수증기가 존재할 때만 암모니아가스에 민감한데, 이것은 NH3만 존재하는 대신에 암모니아-수용액이 CNT의 전기전도도를 변화시키기 때문이다.

○ 순수한 NH3는 원래의 CNT에 약하게 흡착되는 물리흡착은 결국 작은 전하이동과 띠-변형으로 원래의 CNT 전기전도도를 변화시키지 못한다. 유사하게 NO2도 (10,0) SWCNT에 약하게 물리 흡착되었고, 최근 밀도범함수이론(DFT) 연구로 튜브와 NO2 간의 전하이동 또한 무시될 수 있었다.

○ 원래의 SWCNT에서 전도성 변화를 통해 NH3와 NO2를 검출하는 것은 불가능하지만 SWCNT커패시턴스는 화학증기에 아주 민감하여 흡착-기초 화학센서제조에 사용될 수 있다. 도핑 SWCNT은 유기화학약품, 생물학적 물질, 다양한 가스분자 등을 검출하는 데 유망한 물질이다. SWCNT의 흡착 능력은 B, N 등 도핑으로 튜브 벽에 활성자리생성을 통해서 개선될 수 있기 때문이다. CNx 나노튜브는 원래 CNT보다 유독성 화학종들의 모니터링에 대하여 더욱 효율적이다.

○ B- 또는 N-도프 SWCNT에 NH3와 NO2 흡착의 더욱 체계적 연구와 주기적 경계조건 내에서 DFT에 기초한 정확한 계산을 통해 화학센서 디자인의 새로운 단서를 얻는다. 따라서 도프 SWCNT의 전자구조와 흡착된 분자의 특성 간의 관계를 명확히 규명하여 실용성 센서의 디자인제작을 성취해야 한다. 그 확립된 메커니즘을 적용하여 다양한 센서개발제작과 활용은 산업발전은 물론 인류복지 향상에 크게 기여할 것이다.

저자: Lu Bai, Zhen Zhou
자료유형: 학술정보